“元宇宙”賦能地理信息檔案管理研究

摘? 要：“元宇宙”的崛起促進(jìn)了地理信息建設(shè)水平升級和轉(zhuǎn)型，也為檔案管理工作帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)?！霸钪妗焙诵募夹g(shù)將賦能地理信息檔案管理工作，為檔案數(shù)據(jù)的安全性、可用性、智能性帶來更優(yōu)的技術(shù)體驗?；诋?dāng)下檔案管理工作特點及存在的問題，立足“元宇宙”核心技術(shù)，提出融合“元宇宙”技術(shù)的檔案管理新模式，為進(jìn)一步提升項目檔案管理水平提供創(chuàng)新性建議。

關(guān)鍵詞：“元宇宙”；地理信息；檔案管理；檔案安全；區(qū)塊鏈；人工智能；數(shù)字孿生

Abstract： The rise of the Metaverse has promoted the upgrading and transformation of geographic information construction， and also brought new opportunities and challenges to archives management. The core technology of Metaverse will energize the of geographic information archives management and bring better technical experience for the security， availability and intelligence of archives data. Based on the characteristics and existing problems of current geographic information archives management， this paper puts forward a new model of geographic information archives management integrating the Metaverse technology， and provides innovative suggestions for further improving the level of geographic information archives management.

Keywords： Metaverse; Geographic information; Archives management; Archives security; Blockchain; Artificial intelligence; Digital twin

隨著新基建的提出和高新技術(shù)手段的深度應(yīng)用，地理信息項目的建設(shè)步入了新的發(fā)展時期，同時地理信息檔案管理工作也隨之發(fā)生變化。近年針對地理信息檔案的研究工作已有部分成果，趙君對地理信息檔案安全系統(tǒng)的建設(shè)給出了實踐性建議，從數(shù)據(jù)加密、數(shù)字水印兩方面提升安全保護(hù)[1]；王小平等人指出當(dāng)前重大測繪地理信息檔案管理工作中存在的問題并給出具體措施[2]；趙生輝等人從城市逆向記憶工程出發(fā)，探索現(xiàn)代信息技術(shù)對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)檔案管理的影響[3]。隨著地理信息項目建設(shè)上了新臺階，針對檔案管理有關(guān)工作存在的短板問題逐漸顯現(xiàn)，傳統(tǒng)技術(shù)手段在處理相關(guān)管理問題時受困于現(xiàn)有技術(shù)弱勢，急需探究新一代技術(shù)手段。

與此同時，“元宇宙”技術(shù)逐步興起，已在各行業(yè)研究領(lǐng)域得到關(guān)注。其核心技術(shù)在大數(shù)據(jù)處理、算力提升、數(shù)據(jù)共享等方面具有新的突破，這正是當(dāng)前項目檔案管理工作所需的技術(shù)保障。2021年可視為“元宇宙”元年，“元宇宙”相關(guān)技術(shù)受到各行業(yè)廣泛關(guān)注。有關(guān)“元宇宙”目前未有統(tǒng)一定義，普遍觀點認(rèn)為它是整合多種新技術(shù)而產(chǎn)生的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)，是由多種技術(shù)手段造就的與現(xiàn)實世界平行存在的虛擬空間。本文分析總結(jié)當(dāng)前地理信息檔案管理工作特點及存在的問題，探討“元宇宙”核心技術(shù)手段在檔案管理中的應(yīng)用，試圖破除現(xiàn)有管理中的三大矛盾，多方面提升檔案管理工作水平。

1 “元宇宙”及地理信息檔案之研究背景

1.1 “元宇宙”技術(shù)特點?！霸钪妗敝械奶摂M世界是基于數(shù)字孿生等技術(shù)構(gòu)建的物理世界的鏡像世界，且獨立于物理世界的3D版互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)。“元宇宙”具有的六大核心特征是沉浸式體驗、開放性、虛擬身份、不斷演化、虛實互動、新的確權(quán)方式，滿足這些特征的就是一個初級的“元宇宙”系統(tǒng)。

“元宇宙”的底層邏輯是去中心化的，與物理世界不同，它是一個自主自治、無主要中心點的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，一個基于數(shù)字貨幣、數(shù)字資產(chǎn)、數(shù)字通證的價值網(wǎng)絡(luò)，一個去中心化大規(guī)模協(xié)作網(wǎng)絡(luò)。其核心技術(shù)主要包括人工智能、區(qū)塊鏈、云計算、數(shù)字孿生四大方面，是諸多高新技術(shù)達(dá)到一定奇點后的產(chǎn)物，“元宇宙”是各技術(shù)的集大成者。

1.2 地理信息檔案管理工作特點及問題。“新基建”加速了地理信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，驅(qū)動了地理信息檔案的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和管理手段升級，當(dāng)下檔案管理工作呈現(xiàn)了新的特點和問題。對傳統(tǒng)的檔案管理工作提出了新挑戰(zhàn)。本文分析地理信息建設(shè)呈現(xiàn)出的新特點與當(dāng)下地理信息檔案管理方式之間存在的三個矛盾點，以期從技術(shù)層面找到解決路徑。

1.2.1 檔案資源與傳統(tǒng)管理模式間的矛盾。地理信息檔案資源在數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)體量、數(shù)據(jù)來源方面與傳統(tǒng)業(yè)務(wù)模式相比有很大變化，而傳統(tǒng)的檔案管理手段無法很好地處理新模式下的地理信息檔案數(shù)據(jù)，這就造成了地理信息檔案資源與傳統(tǒng)管理模式之間的矛盾。上游地理信息建設(shè)項目的信息化建設(shè)水平逐步提升，人工智能、智慧模型、大數(shù)據(jù)等高新技術(shù)在地理信息領(lǐng)域深度應(yīng)用，因此在地理信息類檔案的形成過程中，檔案資源已由傳統(tǒng)紙質(zhì)文件為主轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮淤Y源為主，并呈現(xiàn)出檔案資源數(shù)據(jù)量大、信息格式繁雜、數(shù)據(jù)來源差別較大的特點。當(dāng)前檔案管理中，對數(shù)以TB甚至PB級別數(shù)據(jù)量的信息處理手段較弱，且建設(shè)項目規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，當(dāng)前檔案管理系統(tǒng)面對海量級別的數(shù)據(jù)存儲、檢索力不從心。在信息格式方面，由于前端業(yè)務(wù)系統(tǒng)不斷融合云計算、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)手段，檔案資源類型更多樣化，在傳統(tǒng)測繪信息之外出現(xiàn)了三維模型數(shù)據(jù)、重力數(shù)據(jù)、連續(xù)運(yùn)行基站數(shù)據(jù)等格式[2]，這對檔案管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換能力要求更高。

1.2.2 管理需求與信息系統(tǒng)孤島間的矛盾。地理信息檔案管理的需求已不再單一局限在做好收集整理查詢等傳統(tǒng)管理模式，當(dāng)下管理手段極大程度依賴于檔案信息資源，對檔案數(shù)據(jù)共享的需求前所未有，但是當(dāng)前地理信息系統(tǒng)間信息孤島問題仍然突出，檔案管理需求的變化與業(yè)務(wù)系統(tǒng)的信息孤島現(xiàn)狀之間產(chǎn)生了矛盾。地理信息檔案管理呈現(xiàn)出信息資源高共享的要求，這是由地理信息技術(shù)發(fā)展決定的。項目建設(shè)過程中參與單位較多，前端業(yè)務(wù)系統(tǒng)較其他類型檔案管理更為復(fù)雜，各業(yè)務(wù)系統(tǒng)存在建設(shè)壁壘，檔案數(shù)據(jù)難以整合，無法做好地理信息檔案數(shù)據(jù)的共享利用，為海量檔案信息的存儲、管理、利用帶來了巨大挑戰(zhàn)。隨著信息共享和資源互通的需求增高，業(yè)務(wù)系統(tǒng)間交互不暢問題成為發(fā)展瓶頸，打破行業(yè)信息孤島的呼聲日益增高，對檔案管理的需求已經(jīng)由注重管理轉(zhuǎn)變?yōu)樽⒅乩谩?/p>

1.2.3 檔案利用與單一服務(wù)手段間的矛盾。檔案利用者更希望能拿到智慧化、知識化、決策化的檔案信息，而傳統(tǒng)檔案利用是以簡單的檢索為主，檔案利用需求的智慧化發(fā)展與當(dāng)下單一服務(wù)手段間的矛盾不容忽視。數(shù)據(jù)體量大、信息融合度高、利用需求激增的基本特點使得地理信息檔案的服務(wù)需求走向智慧化方向，急需對豐富的地理信息檔案資源進(jìn)行深層次、廣知識、智決策的檔案服務(wù)，深入挖掘地理信息資源，高度共享檔案信息，提供智慧化的決策指導(dǎo)。當(dāng)前檔案利用服務(wù)手段較單一，較為缺乏多元化的服務(wù)方式、優(yōu)質(zhì)體驗的利用手段。同時，地理信息檔案的開發(fā)缺乏一定深度和廣度，海量檔案信息未得到充分利用，在檔案編研、智能決策上未能發(fā)揮信息優(yōu)勢。

2 地理信息檔案管理與“元宇宙”核心技術(shù)之融合

本文擬從技術(shù)層面，深度分析“元宇宙”核心技術(shù)在新時代地理信息檔案工作中如何應(yīng)用，力求補(bǔ)足檔案管理方面的短板問題，創(chuàng)新提升檔案管理的水平?！霸钪妗钡某霈F(xiàn)為地理信息檔案的管理工作帶來了新的思路和動力，將核心技術(shù)融合入地理信息檔案管理流程，試圖解決當(dāng)下檔案管理的困境，從技術(shù)層面改進(jìn)和提升檔案管理工作水平。

2.1 云計算助力檔案數(shù)據(jù)保障。云計算是“元宇宙”技術(shù)框架中底層技術(shù)手段的重要組成，能夠使用最少管理手段和交互方式即可提供共享資源的技術(shù)。其技術(shù)本質(zhì)是利用軟件的“元宇宙”的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行定義，進(jìn)而向系統(tǒng)提供服務(wù)器、存儲空間、網(wǎng)絡(luò)等資源。可以看作云計算技術(shù)是對當(dāng)下流行的超融合技術(shù)的提升。與傳統(tǒng)的檔案管理手段中的數(shù)據(jù)存儲等底層技術(shù)相比，云計算技術(shù)在硬件服務(wù)器類型和種類、數(shù)據(jù)接入方式、資源可擴(kuò)展性、產(chǎn)生費用、交互速度、可靠備份等方面均有著明顯優(yōu)勢。

依靠云計算在數(shù)據(jù)存儲方面的特性，解決地理信息檔案數(shù)據(jù)量大、歸檔來源復(fù)雜、格式多元化的問題。云計算技術(shù)下的地理信息檔案管理系統(tǒng)在數(shù)據(jù)存儲層使用是設(shè)備管理系統(tǒng)和多個存儲設(shè)備結(jié)合的工作模式，本質(zhì)是云計算系統(tǒng)，底層核心是數(shù)據(jù)存儲與管理。部署在存儲層上的是對存儲設(shè)備進(jìn)行管理的管理系統(tǒng)，需對存儲設(shè)備進(jìn)行邏輯虛擬化、多鏈路冗余、硬件狀態(tài)等方面進(jìn)行監(jiān)管[4]，使用軟件手段管理存儲設(shè)備，以達(dá)到存儲服務(wù)的效果，這就是存儲功能從設(shè)備到服務(wù)的轉(zhuǎn)變。

2.2 區(qū)塊鏈優(yōu)化檔案資源共享。區(qū)塊鏈技術(shù)是一個由分布式賬本、去中心網(wǎng)絡(luò)和互操作協(xié)議構(gòu)成的系統(tǒng)。區(qū)塊鏈指的是多個區(qū)塊組成的鏈條，其中每個區(qū)塊均保存數(shù)據(jù)，且按照時間順序組成鏈條。整個區(qū)塊鏈條同時保存在所有節(jié)點服務(wù)器中，且這些節(jié)點服務(wù)器的主體不同。當(dāng)需要修改區(qū)塊鏈內(nèi)的信息時，要經(jīng)過半數(shù)以上節(jié)點同意且同時修改才能完成。因此，區(qū)塊鏈技術(shù)具備數(shù)據(jù)難以篡改和去中心化的兩個特點。將區(qū)塊鏈技術(shù)融合到檔案管理中，將分布式、共識機(jī)制、算力算法的優(yōu)勢運(yùn)用到檔案管理中，優(yōu)化地理信息資源共享。

2.2.1 地理信息檔案數(shù)據(jù)區(qū)塊鏈的共享機(jī)制。建立地理信息檔案數(shù)據(jù)區(qū)塊鏈，利用區(qū)塊鏈技術(shù)多節(jié)點參與、多節(jié)點治理的根本優(yōu)勢，讓各節(jié)點共同維護(hù)檔案信息區(qū)塊鏈的分布式“檔案數(shù)據(jù)賬本”。區(qū)塊鏈技術(shù)改變了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)管理的網(wǎng)絡(luò)形態(tài)（見圖1），由中心化管理網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)槎喙?jié)點、分布式管理網(wǎng)絡(luò)，將以往檔案數(shù)據(jù)中心的絕對控制權(quán)下放到各服務(wù)節(jié)點，將數(shù)據(jù)中心對全部數(shù)據(jù)的管理義務(wù)拆解到各服務(wù)節(jié)點共同維護(hù)，將數(shù)據(jù)中心對數(shù)據(jù)的絕對安全責(zé)任分解到所有服務(wù)節(jié)點共同保障數(shù)據(jù)安全上。在數(shù)據(jù)采集層面，區(qū)塊鏈分布式模式能夠從各節(jié)點獲取更多的檔案數(shù)據(jù)；在檔案數(shù)據(jù)存儲層面，區(qū)塊鏈?zhǔn)菑?qiáng)背書的數(shù)據(jù)庫存儲技術(shù)；在數(shù)據(jù)分析層面，區(qū)塊鏈?zhǔn)跈?quán)后各用戶才能訪問數(shù)據(jù)，保障了數(shù)據(jù)安全。

2.2.2 地理信息檔案數(shù)據(jù)區(qū)塊鏈的安全性保障。地理信息檔案數(shù)據(jù)區(qū)塊鏈依靠基于密碼學(xué)的分布式算法，在無法建立信任關(guān)系、存在數(shù)據(jù)壁壘的前端業(yè)務(wù)系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上，借助多節(jié)點網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不需額外建立檔案數(shù)據(jù)中心即可使各業(yè)務(wù)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸和安全性上達(dá)成共識。這是區(qū)塊鏈共識機(jī)制的內(nèi)在機(jī)理，即通過分布式節(jié)點的“投票”，在極短的時間間隔內(nèi)對數(shù)據(jù)修改進(jìn)行驗證和確認(rèn)；如果某次數(shù)據(jù)處理能夠得到超過半數(shù)節(jié)點的“投票”，就可認(rèn)為全部鏈上的節(jié)點也可以達(dá)成共識。由于數(shù)據(jù)修改必須經(jīng)過一半以上節(jié)點同意才可同時修改，因此只要不被篡改掌控一半以上節(jié)點，篡改行為即無法完成，這就是為何地理信息檔案數(shù)據(jù)區(qū)塊鏈非常安全，能避免主觀人為的數(shù)據(jù)變更的原因。以去中心化的架構(gòu)解決了數(shù)據(jù)共享、安全信任等可靠數(shù)據(jù)傳遞難題，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，有效收集、歸檔各業(yè)務(wù)系統(tǒng)檔案數(shù)據(jù)。

2.2.3 地理信息檔案數(shù)據(jù)區(qū)塊鏈的算力加持。在云計算基礎(chǔ)設(shè)施基礎(chǔ)上，疊加區(qū)塊鏈技術(shù)去中心化的P2P覆蓋網(wǎng)絡(luò)、共識算法、區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)，并通過區(qū)塊鏈的“去中心化、匿名性、數(shù)據(jù)不可篡改”等特性解決云計算的“可信、可靠、可控制”問題，實現(xiàn)可信的地理信息檔案數(shù)據(jù)的協(xié)同操作，共同構(gòu)建“元宇宙”技術(shù)下的檔案管理的強(qiáng)大算力。

2.3 數(shù)字孿生提升檔案服務(wù)體驗。數(shù)字孿生是基于物理世界之上，運(yùn)用傳感器、多尺度多概率等技術(shù)融合的仿真過程，能夠在虛擬空間中完成物理世界的映射。數(shù)字孿生計算支撐起物理世界與“元宇宙”虛擬世界的虛實映射和虛實交互，在物理世界和虛擬空間中建立實時交互，打造身臨其境的檔案服務(wù)體驗。依托數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建地理信息檔案的虛擬設(shè)計和虛擬展覽空間，可以更直觀展示地理信息項目，可利用全景技術(shù)、H5、知識地圖等手段，多角度、全方位提供展示[5]。通過對地理信息檔案數(shù)據(jù)著錄并抽取建模，形成一個數(shù)字孿生的場景，對物理世界的地理信息檔案數(shù)據(jù)在虛擬世界中構(gòu)建平行空間，利用場景融合技術(shù)和可穿戴設(shè)備，為檔案利用者提供身臨其境的查檔體驗。數(shù)字孿生技術(shù)結(jié)合地理信息前端系統(tǒng)，能夠基于空天地數(shù)據(jù)獲取、全息空間數(shù)據(jù)采集、二三維一體測繪、泛在測繪和按需組裝服務(wù)[4]等形成基于地理信息的數(shù)字孿生技術(shù)，成為構(gòu)建地理信息檔案數(shù)字孿生的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)（見圖2）。

使用數(shù)字孿生方法提升檔案服務(wù)的沉浸式感受，能增加檔案服務(wù)的沉浸性、交互性和構(gòu)想性體驗，模擬物理現(xiàn)實孿生數(shù)字檔案展覽場景，以現(xiàn)實世界的實體為主題，將虛擬信息與真實世界綜合、疊加，并將虛擬對象投射到現(xiàn)實世界的信息系統(tǒng)之中[6]，在合并現(xiàn)實和虛擬世界的基礎(chǔ)上，形成全新的可視化環(huán)境，使得虛擬空間和現(xiàn)實世界深度交融。人機(jī)交互設(shè)備將觀眾的神經(jīng)意識和機(jī)器相連，可跨維度完成信息交互，提供融合化、多感官綜合的沉浸式展覽體驗。

2.4 人工智能革新檔案利用模式。海量地理信息檔案數(shù)據(jù)的利用開發(fā)的背后需要海量數(shù)據(jù)、強(qiáng)大算力和智能算法。地理信息檔案中以自然語言為主，因此利用人工智能技術(shù)在自然語言處理技術(shù)上的語言學(xué)習(xí)能力，可以有效分析檔案數(shù)據(jù)中的語言信息，從而構(gòu)建地理信息檔案數(shù)據(jù)智能化信息處理能力，實現(xiàn)檔案利用智能化服務(wù)。人工智能從較早期機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)到深度學(xué)習(xí)，從淺層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)到復(fù)雜機(jī)器學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程，對學(xué)習(xí)過程和算法設(shè)計逐步完善。機(jī)器學(xué)習(xí)、知識圖譜、自然語言處理等是人工智能技術(shù)的核心方法。其中知識圖譜和自然語言處理兩大技術(shù)在對以自然語言為主的地理信息檔案數(shù)據(jù)智能化研究方面具有明顯技術(shù)優(yōu)勢。

人工智能技術(shù)助力的地理信息檔案智能化利用可從地理信息數(shù)據(jù)出發(fā)，構(gòu)建大量的語言文本語料和深度語言模型，對模型訓(xùn)練后提供檢索服務(wù)；同時從知識層面抽象語料中的概念，構(gòu)建基于知識圖譜的地理信息檔案語料表征模型，從而構(gòu)建對文本信息具備知識抽象、歸納和推理能力的語言模型。相關(guān)算法均是基于對人腦機(jī)制的模擬，實現(xiàn)具有不同的學(xué)習(xí)模型，將底層語言數(shù)據(jù)提取為語言特征，進(jìn)而向深層的高級特征轉(zhuǎn)化，形成更深的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將語言數(shù)據(jù)的提取、檢索融為一體，通過自動獲取特征信息，給出知識檢索結(jié)果[7]。人工智能算法賦能地理信息檔案數(shù)據(jù)利用可通過深度網(wǎng)絡(luò)和神經(jīng)元之間的復(fù)雜的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)與決策功能計算，是“元宇宙”技術(shù)下地理信息檔案智能化利用的重要方法手段。人工智能技術(shù)與云計算和區(qū)塊鏈相輔相成，共同構(gòu)建“元宇宙”技術(shù)下的地理信息檔案利用的智能底座。

3 總結(jié)

利用云服務(wù)、區(qū)塊鏈、數(shù)字孿生、人工智能等區(qū)塊鏈核心技術(shù)手段，解決地理信息檔案管理工作中的現(xiàn)存問題，能夠完善檔案管理的數(shù)據(jù)保障，開闊管理工作的技術(shù)路徑，擴(kuò)展檔案服務(wù)的用戶體驗，優(yōu)化檔案利用的智能水平，為當(dāng)下檔案管理工作提供新的思路。

*本文系國家社科基金項目《檔案治理生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)化及治理效能提升研究》；中國高等教育學(xué)會檔案工作分會重點研究基金項目“高校檔案文化記憶與大學(xué)文化記憶研究”（項目編號：ZGD-ZD-2020-15）；河南省檔案科技項目“基于智慧管理的高校檔案數(shù)據(jù)化研究”（項目編號：2019-X-17）的階段性研究成果。

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（作者單位：鄭州大學(xué)檔案與校史館 陳茜月，博士，館員，信息技術(shù)科科長 來稿日期：2023-04-10）